Jarno Korhonen. Energiatehokkaan pientalon rakenneratkaisuja

Transkriptio

1 Jarno Korhonen Energiatehokkaan pientalon rakenneratkaisuja Insinöörityö Kajaanin ammattikorkeakoulu Tekniikka ja liikenne Rakennustekniikka Kevät 2010

2 OPINNÄYTETYÖ TIIVISTELMÄ Koulutusala Tekniikka ja liikenne Tekijä(t) Jarno Korhonen Työn nimi Energiatehokkaan pientalon rakenneratkaisuja Koulutusohjelma Rakennustekniikka vaihtoehtiset Vaihtoehtoiset ammattiopinnot Ohjaaja(t) Matti Tiainen Toimeksiantaja Valtimon Rakennuspalvelu Oy Aika Sivumäärä ja liitteet Kevät voimaan astuneiden uusien lämmöneristysmääräysten myötä rakennusten energiatehokkuus tulee parantumaan aloitettavissa uudiskohteissa. Lämmöneristeen määrä ala- ja yläpohjassa sekä rungossa kasvaa ja myös vaipan tiiviyteen kiinnitetään aikaisempaa enemmän huomiota. Nykyään markkinoilla on energiatehokkuudestaan tunnettuja matalaenergia- ja passiivitaloja, joiden energiankulutus on huomattavasti alhaisempi verrattuna nykyisten määräyksien mukaiseen normitaloon. Tämän insinöörityön tarkoituksena oli selvittää, mitä tarkoitetaan normi-, matalaenergia- ja passiivitaloilla, sekä tutkia miten talotyyppien mukaisiin ohjearvoihin ja vaatimuksiin päästään U-arvojen osalta eri rakenneratkaisuja ja eristemateriaaleja käyttäen. Työssä tarkasteltiin puurunkoisen pientalon erilaisia rakenneratkaisuja ja vertailtiin myös eri eristemateriaaleja, koska lämmönjohtavuudella on suora vaikutus eristevahvuuteen ja sitä kautta myös rakenneosien kokonaispaksuuteen. Lisäksi työssä tarkasteltiin myös eri rakenneosien liittymäkohtia, joissa kylmäsiltojen ja ilmavuotojen riski on suurimmillaan. Työssä käsiteltiin myös talotyyppien routasuojauksessa huomioon otettavia asioita. Alapohjasta johtuva lämpövirta auttaa pitämään rakennuksen alla olevan maaperän riittävän lämpimänä. Kiristyneiden eristysmääräysten myötä alapohjan eristevahvuus kasvaa ja lämpövirta rakennuksen alle vähenee. Tämä puolestaan kasvattaa routaeristeen määrää ja ulottuvuutta rakennuksen vierustoilla. Kieli Suomi Asiasanat Säilytyspaikka energiatehokkuus, pientalo Kajaanin ammattikorkeakoulun Kaktus-tietokanta Kajaanin ammattikorkeakoulun kirjasto

3 THESIS ABSTRACT School School of Engineering Author(s) Jarno Korhonen Title Energy Efficient House Structural Solutions Degree Programme Construction Engineering vaihtoehtiset Optional Professional Studies Instructor(s) Matti Tiainen Commissioned by Valtimon Rakennuspalvelu Oy Date Spring Total Number of Pages and Appendices The energy efficiency of new buildings will be better when the regulations of thermal insulation were tightened 1st January The amount of heat insulating material and the thickness of the structures will increase. The tightened regulations will also have influence on the air tightness of the building. Nowadays there are low-energy and passive houses in the housing market. The energy efficiency of these buildings is much higher compared to traditional house built today. The purpose of this Bachelor s thesis was to study what the traditional, low-energy and passive houses are. The goal of the thesis was to analyze what requirements there are connected with these buildings and how these requirements can be achieved by using different kinds of structures and heat insulating materials. The requirements of the U values connected with structures were also studied in this thesis. The second goal of the thesis was to study the thick insulation layers in the floor and its influence on frost protection. The heat flow through the floor helps to keep the soil warm enough beneath the building. The temperature of the soil gets much lower due to energy efficiency and the risk of frost damages can increase if the thermal insulation round the building is not proper enough. The requirements connected with frost protection are much higher for low-energy and passive houses than for ordinary houses. Language of Thesis Finnish Keywords Deposited at energy effiency Kaktus Database at Kajaani University of Applied Sciences Library of Kajaani University of Applied Sciences

4 SISÄLLYS 1 JOHDANTO 1 2 TALOTYYPIT Normitalo Määräykset Muutokset Matalaenergiatalo Määritelmä Toteutusperiaatteet Passiivitalo Määritelmä Toteutusperiaatteet 12 3 RAKENTEET JA NIIDEN LÄMMÖNERISTYS Yleistä lämmönjohtavuudesta Alapohja Maanvarainen alapohja Tuulettuva alapohja Ulkoseinä Kantava puurankaseinä I-palkkirunko SPU-eristetty puurankaseinä Yläpohja Kattoristikkorakenne Kantava palkisto kotelorakenteella Rakenneosien liittymät Alapohjan ja ulkoseinän liittymä Ulkoseinän ja yläpohjan liittymä Ulkoseinän nurkkarakenne Ovet ja ikkunat 34 4 PERUSTUSTEN ROUTASUOJAUS 35 5 POHDINTA 40

5 6 YHTEENVETO 42 LÄHTEET 43

6 1 1 JOHDANTO Lämmitysenergian jatkuvasti kohoavat hinnat pakottavat rakentajat etsimään energiatehokkaita ratkaisuja pientalojen lämmöneristykseen tiukentuneiden lämmöneristemääräyksien myötä eristevahvuuden kasvattaminen on tullut ajankohtaiseksi jokaisessa alkavassa uudisrakennuskohteessa. Tämä osaltaan auttaa alentamaan lämmityskustannuksia, kun rakenteiden U-arvot kiristyivät noin 30 % vuoden 2007 määräyksistä. Uudistuneissa määräyksissä myös rakennuksien tiiviyteen kiinnitetään aikaisempaa enemmän huomiota. Pientalomarkkinoilla on nykyään normitalojen lisäksi myös energiatehokkaita matalaenergiaja passiivitaloja, joiden lämmöneristyskyky on aivan omaa luokkaansa verrattuna nykyisten lämmöneristysmääräyksien mukaan rakennettuun kohteeseen. Rakennusten energiankulutus johtumishäviöiden osalta on alle puolet siitä mitä normitalossa. On selvää, että energiatehokkaiden rakennusten suosio tulee kasvamaan selvästi lähitulevaisuudessa. Insinöörityöni tarkoituksena on tilaajan toivomuksesta selvittää, mitä nämä energiatehokkaan rakentamisen käsitteet tarkoittavat, kuinka näihin tavoitteisiin päästään rakennusteknisesti ja mitä kohteen suunnittelussa tulee ottaa huomioon. Energiatehokkaan rakennuksen toteutuksessa rakenneratkaisuilla on suuri merkitys kohteen lämmöneristävyyteen, vaikka perusperiaatteet toteutuksen osalta ovat säilyneet ennallaan. Työni tarkoituksena on tutkia erilaisia eristemateriaaleja puurunkoisessa rakennuksessa ja niiden paksuuksia talon eri rakenneosissa vaadittavien U-arvojen perusteella. Eri eristemateriaalien lämmönjohtavuudessa on eroja, mikä vaikuttaa kerrosvahvuuksiin ja rakenteen kokonaispaksuuteen olennaisesti varsinkin energiatehokkaissa rakennuksissa. Käsittelen työssäni eri rakenneratkaisujen lisäksi myös rakenteiden liittymäkohtia leikkauskuvien ja periaatepiirroksien avulla, joissa ilmavuotojen ja kylmäsiltojen riski on suurimmillaan. Oikein toteutettuna rakenteista saadaan yhtenäiset ja eristyskyky paranee. Työni lopussa käsittelen perustusten routasuojausta. Kiristyneiden lämmöneristysmääräysten vuoksi myös perustuksien routasuojaukseen tulee kiinnittää aikaisempaa enemmän huomiota. Alapohjan lämmöneristys kasvaa ja lämpövirta maahan vähenee, jolloin myös routaeristeen määrää ja ulottuvuutta rakennuksen ympärillä tulee kasvattaa.

7 2 2 TALOTYYPIT Rakennuskannan aiheuttamat päästöt ovat olleet esillä jo pitkään niiden korkeiden arvojen takia. Monet talot ovat rakennusteknisesti vanhentuneita ja kuluttavat paljon lämmitysenergiaa. Suomessa energiantuotannosta menee 34 % talojen lämmitykseen ja niiden tarvitsemaan sähköön. Ostoenergian osuus vähentyy lähiaikoina ja tulevaisuudessa merkittävästi, koska energiantuotantoon käytettävät luonnonvarat ovat uusiutumattomia eivätkä ne riitä loputtomiin. [1.] [2.] Tehokkain tapa hillitä päästöjä on lämmöneristyksen lisääminen rakenteissa. Vertailuna otettakoon, että perinteinen 2000-luvun alussa rakennettu puurunkoinen omakotitalo, jonka eristekerroksen vahvuus on 150 mm, kuluttaa energiaa kwh/brm 2 vuodessa. Nykyisten rakennusmääräysten mukaan rakennettujen talojen kulutuslukemat ovat kwh/brm 2 vuodessa. Matalaenergiataloissa vastaava lukema on kwh/brm 2 vuodessa ja passiivitalossa vieläkin matalampi kwh/brm 2 vuodessa. Syynä kulutuksen vaihteluihin kohteissa on maantieteellinen sijainti, koska tarvittavan lämmitysenergian määrä vähenee Etelä- Suomeen päin mentäessä. [3.] On selvää, että matalaenergia- ja passiivitalojen osuus Suomen rakennuskannasta nousee merkittävästi lähitulevaisuudessa. Euroopan komissio onkin asettanut tavoitteeksi, että passiivirakentamisesta tulee standardi uudisrakentamisessa vuoteen 2015 mennessä. [3.] Energiatehokkaiden rakennusten toteuttaminen ei ole vaikeaa. Se ei vaadi uusia menetelmiä vanhojen tilalle edes passiivitalojen kohdalla. Riittää kun kohteen rakennustekniseen suunnitteluun ja vaipan tiiviyteen kiinnitetään tarpeeksi huomiota ja käytetään tuttuja rakennustarvikkeita niin kuin ennenkin. Lisäksi energiankulutusta voidaan entisestään vähentää käyttämällä hyvän hyötysuhteen omaavaa lämmön talteenottoa sekä hyödyntämällä ilmaisenergioita, joita ihmiset, sähkölaitteet ja auringon lämpösäteily tuottavat. Seuraavassa osiossa käsittelen sitä, mitä oikeastaan tarkoitetaan matalaenergia- ja passiivitaloilla. Tutkin myös sitä, mitä muutoksia tiukentuneet lämmöneristysmääräykset velvoittavat tekemään aloitettavissa uudiskohteissa, jos halutaan, että ne täyttävät uudet ohjeet ja määräykset.

8 3 2.1 Normitalo Määräykset Jos halutaan osoittaa, että nykyinen normitalo 2010 on määräysten mukainen, tulee sen täyttää Suomen rakennusmääräyskokoelman mukaiset vaatimukset, jotka on määritelty energiatehokkuuden ja lämpöhäviöiden osalta seuraavissa osissa: o C3 Rakennuksen lämmöneristys. Määräykset 2010 o C4 Lämmöneristys. Ohjeet 2010 o D2 Rakennusten sisäilmasto ja ilmanvaihto. Määräykset ja ohjeet 2010 o D3 Rakennuksen energiatehokkuus. Määräykset ja ohjeet 2010 o D5 Rakennuksen energiankulutuksen ja lämmitystehontarpeen laskenta. Ohjeet 2007 Alla olevasta taulukosta selviävät lämmöneristyksen vertailuarvot, jotka tulee ottaa huomioon uudiskohteen suunnittelussa. Yksikkönä käytetään W/m 2 K. Vertailuarvoihin on joustoa 30 %, mutta ylitys tulee tasata muilla toimenpiteillä, kuten esimerkiksi parantamalla vaipan tiiviyttä tai lämmön talteenoton hyötysuhdetta. [4.] [5.] Taulukko 1. Lämmöneristyksen vertailuarvot. [4.] Normitalo 2010 C3 (2010) Seinä 0,17 Hirsiseinä 180 mm 0,4 Yläpohja ja ulkoilmaan rajoittuva alapohja 0,09 Ryömintätilaan rajoittuva alapohja (tuuletusaukkojen määrä enintään 8 0,17 promillea alapohjan pinta-alasta) Maata vasten oleva rakennusosa 0,16 Ikkunat, ovet ja kattoikkunat 1

9 4 Taulukko 2. Vertailuarvot ikkunapinta-alalle.[4.] Yhteenlaskettu ikkunapinta-ala: C3 (2010) Maanpäällisten kerrosten kerrostasoalojen summasta 15 % Rakennuksen julkisivupinta-alasta 50 % RakMk C3 (2010) mukaan ikkunoiden yhteenlaskettu pinta-ala ei saa ylittää 15 % kerroksien kerrostasoalasta. Kerrostasoalalla tarkoitetaan siis sitä pinta-alaa, joka huomioi laskelmissa myös kaikki seinärakenteet ja porrashuoneet eri kerroksissa. Ikkunoiden pinta-ala ei myöskään saa ylittää 50 % talon julkisivujen yhteenlasketusta pinta-alasta. [4.] [5.] Taulukko 3. Vaipan vuotoilman vertailuarvot. [7.] Vaipan vuotoilma: ₅₀ D3 (2010) Vaipan ilmavuotoluku n Vastaava vuotoilmakerroin nvuotoilma 2,0 (1/h) 0,08 (1/h) Rakennuksen energiatehokkuutta käsittelevän osan D3 (2010) mukaan rakennuksen vaipan ilmavuotoluku (n₅₀) ei saa ylittää arvoa 2,0 (1/h). Tällöin laskelmissa tulee käyttää vuotoilmalle(n vuotoilma ) kerrointa 0,08 (1/h), mikä vastaa edellä mainittua ilmavuotolukua 2,0. Jos ilmanpitävyyttä ei osoiteta painekokeella, niin laskelmissa tulee käyttää arvoja 4,0 (1/h) ja 0,16 (1/h). [6.] [7.] Rakennuksen sisäilmastoa ja ilmanvaihtoa käsittelevän D2 (2010) ja energiatehokkuutta käsittelevän D3 (2010) osien mukaan ilmanvaihdon vuotuinen hyötysuhde tulee olla yli 45 %. Taulukko 4. Ilmanvaihdon LTO:n vuosihyötysuhde. [6.] [7.] Ilmanvaihdon LTO:n vuosihyötysuhde: D2 (2010) D3 (2010) Hyötysuhde 45 % 45 %

10 Muutokset Nykyään normitalojen energiatehokkuus alkaa olla sitä luokkaa, mitä tarkoitettiin, kun puhuttiin matalaenergiataloista 1990-luvulla. Rakenneratkaisut ovat säilyneet muuttumattomina, mutta rakennustuotteet ovat kehittyneet vastamaan paremmin nykyajan vaatimuksia. Uudisrakentamisessa keskitytään nyt lämmöneristyksen lisäämiseen, vaipan tiiviyden parantamiseen ja ilmanvaihdon tehostamiseen. [8.] Lämmöneristyksen lisäys tarkoittaa käytännössä eristekerroksen kasvua talon eri osissa, joka on noin 20 % enemmän kuin aikaisempien rakennusmääräyksien mukaan rakennetussa kohteessa. Tämä vaikuttaa rakennuskustannuksiin jonkin verran, mutta kokonaiskustannuksiin verrattuna kasvu on hyvin vähäistä, vain noin 2 %. Paksumpi eristekerros varastoi lämpöä pidempään, joten rakennuskustannukset katetaan hyvin nopeasti takaisin säästöinä sähkölaskussa. [8.] Kasvavan lämmöneristekerroksen myötä myös rakennuksen vaipan ilmatiiviyteen tulee kiinnittää enemmän huomiota. Rakennuksen vaipalla tarkoitetaan talon eri rakennusosia, kuten ulkoseiniä ikkunoineen, sekä ala- ja yläpohjaa. Vaipaksi ei lueta rakennuksessa olevia väliseiniä, jotka erottavat tilat toisistaan. [8.] Vuotoilmalla on suora merkitys rakennuksen energiankulutukseen ja rakennusfysikaaliseen toimintaan, koska ilman virtaus rakenteiden läpi lisää lämmityksen tarvetta huomattavasti. Normaalissa pientalossa, joka on rakennettu rakennusmääräysten mukaan, tulee olla hengittävä seinärakenne. Tämä mahdollistaa rakenteissa tapahtuvan luonnollisen konvektion eli ilman virtauksen eristekerroksissa. Konvektio auttaa pitämään rakenteet kuivina, kun lämmintä sisäilmaa johtuu ulospäin. Toisaalta sisätiloissa ilmastoinnin aiheuttama alipaine vähemmän tiiviissä rakenteissa aiheuttaa ilmavirran suunnan muutoksen, joka tarkoittaa ulkoilman johtumista rakenteiden läpi lämpimiin sisätiloihin. Tämä puolestaan huonontaa sisäilman laatua, koska eristekerrosten läpi tullut ilma sisältää paljon epäpuhtauksia. [8.] Vaipan ilmatiiviyden lisääntyessä lämpö säilyy rakenteissa pidempään ja sitä voidaan kierrättää paremmin ilmanvaihdon avulla, jossa lämpö otetaan talteen poistoilmasta ja siirretään se takaisin tuloilmaan. Tämä vähentää lämmitystehon tarvetta merkittävästi varsinkin kovina pakkaskausina. Rakennuksen ollessa tiiviimpi myös vedon tunne vähenee, koska tuulen vaikutus rakenteisiin pienenee. [8.]

11 6 Rakentamismääräyskokoelma C3 (2007) ohjeita noudattaen rakennetun kohteen ilmanläpäisevyydelle on annettu arvo 4,0 (1/h). Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että rakennuksen sisällä oleva ilma vaihtuu rakennuksessa olevien vuotokohtien kautta 4,0 kertaa tunnissa, kun paine-ero sisä- ja ulkopuolen suhteen on 50 Pascalia (Pa). [4.] Tiukentuneiden energiamääräysten myötä luvun tulee normitalossa olla <2,0 (1/h). Arvon ollessa pienempi kuin 4,0 1/h tulee se todistaa painekoemenetelmällä, jonka standardi SFS- EN määrittää. Jos painekoetta ei tehdä, ilmanpitävyyden arvon osoittaminen pienemmäksi kuin 4,0 (1/h) edellyttää esimerkiksi talotoimittajalta tyyppihyväksyttyä laadunvarmistusmenetelmää. Painekoe on kuitenkin verrattain helpompi toteuttaa kohteessa ja mittaustulokset ovat tarkempia. [6.] [7.] Yleisesti puhekielessä käytetyllä U-arvolla tarkoitetaan lämmönläpäisykerrointa. Se tarkoittaa lämpömäärää, minkä 1 m 2 :n suuruinen rakennusosa läpäisee yhden tunnin aikana, kun pintojen välinen lämpötilaero on 1 o C. Yksikkönä käytetään W/m 2 K. Pääsääntö on, että mitä pienempi U-arvo, sen parempi on lämmöneristyskyky. [5.] Energiatehokkuuden merkitys rakentamisessa on kasvanut koko ajan, ja uudistuneiden määräyksien myötä on tultu iso askel eteenpäin. Määräyksiä tiukennettaessa myös rakenneosien paksuudet kasvavat samassa suhteessa. Otetaan esimerkiksi vuoden 2007 rakentamismääräyksien mukaan toteutettu kohde, jonka vaatimus ulkoseinälle oli U-arvon osalta 0,24 W/m 2 K. Tämä tarkoitti käytännössä 200 mm mineraalivillakerrosta talon rungossa. Yläpohjan U-arvon suhteen vastaava paksuus olisi ollut noin 400 mm villaa. [9.] Nykyisten määräyksien mukaan tehdyssä normitalossa vastaavat lukemat ovat ulkoseinässä vähintään 300 mm ja yläpohjassa 500 mm. Alapohjassa tarvittiin aikaisemmin EPS-eristettä 100 mm ja nykyään sitä tulee asentaa puolet enemmän. On siis selvää, että talon rakenneosien paksuudet tulevat kasvamaan massiivisemmaksi ja tämä tulee ottaa huomioon suunnittelussa. Kun energiatodistusten laatiminen tuli pakolliseksi rakennuslupamenettelyn yhteydessä, on siirrytty rakennuksien luokitteluun niiden energiankulutuksen perusteella. Pientaloissa todistus laaditaan laskennallisesti. Tämä mahdollistaa rakennuksien vertailun energiankulutuksen perusteella. [2.] Käsittelen tätä aihetta tarkemmin matalaenergia- ja passiivitalojen kohdalla.

12 7 2.2 Matalaenergiatalo Määritelmä Matalaenergiataloksi kutsutaan rakennusta, joka kuluttaa korkeintaan puolet siitä ostoenergian määrästä, jota tarvitaan nykyisten rakennusmääräysten mukaan tehdyssä kohteessa. [10.] Energiatehokkaiden rakennusten määrittelyssä käytetään samoja Suomen rakentamismääräyskokoelman osia kuin normitalon 2010 osaltakin. Määräyksiä on täsmennetty eräissä eurooppalaisissa standardeissa, kuten EN ja EN Nämä ohjeet tarkentavat olemassa olevia suomalaisia määräyksiä energiatehokkuuden ja päästöjen osalta. [11.] Vähän energiaa kuluttavien rakennusten suunnittelussa päälähtökohtana on elinkaariedullisuus. Tämä palvelee rakennuksen käyttäjää alhaisina huolto- ja ylläpitokustannuksina ja sillä on vähemmän rasittava vaikutus ilmastoon, koska päästöt pienenevät puolella. [12.] Energiankulutus kwh / m² / vuosi Normitalo 2010 Matalaenergiatalo Passiivitalo P-25 M-50 Kuva 1. Rakennusten energiankulutus. [12.] Rakennukset luokitellaan niiden vuotuisen kokonaisenergiankulutuksen perusteella. Kokonaisenergia koostuu lämmitys-, sähkö- ja jäähdytysenergiasta, jota tarvitaan pääasiassa kesällä rakennuksen viilentämiseen. Energiatehokkuusluku (ET) määritellään RakMk D5 mukaisella tavalla, jossa rakennuksen tarvitsema vuotuinen energiamäärä jaetaan rakennuksen bruttopinta-alalla. Pinta-alasta tulee vähentää kylmien tilojen osuus. [12.]

13 8 Matalaenergiatalojen luokittelussa käytetään asteikkoa, joka kuvaa rakennuksen tarvitsemaa vuotuista energiamäärää pinta-alaa kohden. Saadakseen luokittelun M-50, rakennus saa kuluttaa tilojen lämmitykseen ja jäähdytykseen energiaa enintään 50 kwh/m 2 vuodessa. Luokitteluasteikko kattaa välin M-30 M-50. Mentäessä luokan M-30 alapuolelle, puhutaan passiivitaloista, joiden energiankulutus on vieläkin alhaisempi. Luokan M-50 yläpuolella olevat rakennukset voidaan luokitella normitaloiksi, vaikka ero vuoden 2010 määräyksiin on lähes kaksinkertainen. Vertailuna normitalo käyttää pelkästään lämmitykseen ja jäähdytykseen energiaa vuodessa noin 100 kwh/m 2. [12.] Myös alueellinen sijainti vaikuttaa kokonaisenergiankulutukseen joko alentavasti tai korottavasti, jotka otetaan huomioon korjauskertoimien avulla taulukossa 5. [12.] Taulukko 5. Kokonaisenergiatarpeen korjauskertoimet. [12.] Energiatehokkuusluokka Etelä-Suomi Keski-Suomi (Jyväskylä) Pohjois-Suomi Normitalo ,9 1 1,25 Matalaenergiatalo 0,88 1 1,27 Passiivitalo 0,85 1 1,33 Käytännössä luokkaan M-50 kuuluva matalaenergiarakennus sijoittuu kuvan 2 energiatodistuslaskelmassa luokkaan A+, eli se kuluttaa alle 150 kwh/brm 2 kohden vuodessa. Luokittelu tapahtuu kokonaisprimäärienergian tarpeen mukaan. [12.] Kuva 2. Pientalon energiatehokkuusluokittelu. [12.]

14 Toteutusperiaatteet Koska matalaenergiatalo on määritelty sen kulutuksen perusteella, tulee kohteen suunnitteluun panostaa normitaloa enemmän. Peruslähtökohtana on, että rakenteet sopivat yhteen talotekniikan kanssa. Energian säästössä yksinkertainen on parasta. Tämä tarkoittaa talon suunnittelussa sitä, että mahdollisia porrastuksia ja ulokkeita rakenteissa tulisi välttää. Näin vältytään mahdollisien kylmäsiltojen aiheuttamilta haittavaikutuksilta, koska liittymäkohdat rungossa ja seinissä asettavat haasteita vaipan tiiviydelle ja lämmöneristykselle. [12.] Matalaenergiataloissa on käytettävä myös energiatehokkaita sähkölaitteita niin kodinkoneissa kuin talotekniikassakin. Lisäksi rakenteiden sisäisiä lämpökuormia tulee hyödyntää tehokkaasti, koska ne ovat ilmaista energiaa. Tällaista energiaa on esimerkiksi auringosta saatava säteilylämpö, joka varastoituu alapohjaan ja seinärakenteisiin. [12.] Taulukko 6. Matalaenergiatalon ohjeelliset U-arvovaatimukset. [12.] U-arvot: W/m²K C3 (2010) Matalaenergiatalo M-50 Seinä 0,17 0,12 Yläpohja ja ulkoilmaan rajoittuva alapohja 0,09 0,08 Ryömintätilaan rajoittuva alapohja (tuuletusaukkojen määrä enintään 8 promillea alapohjan pinta-alasta) 0,17 0,1 Maata vasten oleva rakennusosa 0,16 0,12 Ikkunat 1 0,8 ₅₀ Ovet 1 0,6 Vaipan ilmanvuotoluku n < 2,0 < 0,8 Lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde % > 45 > 70 M-50 luokituksen saamiseksi, talon kaikkia rakennusosia täytyy parantaa, jotta ne täyttävät matalaenergiarakentamisen vaatimukset U-arvojen osalta. Eristevahvuudet kasvavat olennaisesti C3 (2010), taulukko 6:n mukaisista lämmöneristemääräyksistä, sekä vaipan ilmanvuotoluvun perusteella rakennuksesta tulee tehdä puolet tiiviimpi. [12.]

15 10 Kyseessä on jo suhteellisen tiivis rakennus, joten ulkovaipassa ei saa olla vuotokohtia. Rakennuksen ulkovaipan kautta johtuu suurin osa talon lämpöhäviöistä. Ulkoseinässä suurin häviön osuus kohdistuu oviin ja ikkunoihin. Matalaenergiataloissa ikkunoiden U-arvoksi on määritetty 0,8 W/m 2 K. Normaalien nykyään markkinoilla olevien ikkunoiden U-arvo on 1,0 W/m 2 K. Tämä tarkoittaa sitä, että kohteeseen tulee asentaa energiatehokkaat ikkunat, joissa käytetään lämpölaseja. [13.] Ovien U-arvovaatimus on 0,6 W/m 2 K. Suomessa nykyään valmistettavien ovien U-arvo on 1,0 W/m 2 K, joten ainut vaihtoehto on käyttää umpiovia, joita on hankalampi löytää. Ovien ja ikkunoiden tiivistykseen pitää kiinnittää huomiota ja työ tulee tehdä huolella. Pelkkä polyuretaanivaahto ei enää nykyisin takaa määräysten mukaista tiiviyttä, vaan on käytettävä ilmatiiviitä liimamassoja ja noudatettava valmistajan ohjeita. Matalaenergiarakennusten rakennepiirustukset sisältävät yleensä jokaisen läpiviennin osalta tarkat detaljikuvat, joita noudattamalla saadaan aikaan vaadittu vaipan ilmatiiviys. [12.] Ilmanvaihdon osalta vuotuinen hyötysuhde tulee energiatehokkaassa rakennuksessa olla vähintään 70 % ja talotekniikan säädöt sellaisia, että järjestelmä pystyy nopeasti reagoimaan lämpötilan muutoksiin rakennuksessa. Järjestelmän tulee olla sellainen, että se tuottaa lämpöä ilmanvaihdon avulla silloin, kun sitä tarvitaan. [12.] Lämmöneristysmääräyksiä koskevan osan C3 (2010) mukaan lämpöhäviön ei tulisi ylittää sille asetetun vertailulämpöhäviön arvoa. Esimerkiksi vaipan lämpöhäviön arvon ylittyessä vertailuarvosta enintään 30 %, tulee se tasata samoin toimenpitein kuin normitalossakin. Liikkumavarat ovat matalaenergiatalossa tosin jo melko pienet, joten on tärkeää, että suunnittelussa ei tehdä kompromisseja eri rakennusosien suhteen, vaan pysytään vertailuarvojen sisällä lämpöhäviöiden, vaipan tiiviyden ja lämmöntalteenoton suhteen.

16 Passiivitalo Määritelmä Passiivitalon perusmääritelmä on sama, kuin muillakin matalaenergiataloilla eli rakennus luokitellaan energiankulutuksen perusteella. Passiivitalossa energiankulutus on minimoitu erittäin alhaiseksi verrattuna perinteiseen matalaenergiataloon, jonka luokitus on M-50. Tämä osaltaan asettaa tiukempia vaatimuksia kohteelle. [14.] Suomeen rakennettavien kohteiden tulee täyttää seuraavat kolme kriteeriä, jotta niitä voidaan kutsua virallisesti passiivitaloiksi: Lämmitysenergian tarve kwh/m 2 vuodessa Kokonaisprimäärienergian tarve kwh/m 2 vuodessa Ilmanvuotoluku n 50 < 0,6 1/h Passiivitalojen luokitus on välillä P-15 P-25. Tämä tarkoittaa sitä, että kohde kuluttaa energiaa tilojen lämmitykseen ja jäähdytykseen enintään 25 kwh/m 2. Normitaloon verrattuna kulutus on huomattavasti pienempi, vain neljäsosa. [12.] [14.] Alhaisempi luokitus P-15 toteutuu lähinnä Keski-Euroopassa, jossa ilmasto ja olosuhteet ovat edullisemmat lämmityksen suhteen. Suomessa todellinen kulutus on kwh/m 2 vuodessa. Kulutus riippuu alueellisesta sijainnista, jonka korjauskertoimet ottavat huomioon taulukossa 5 esitetyllä tavalla. [12.] Kokonaisprimäärienergia ottaa huomioon myös kotitalouden tarvitseman energian lämmitysenergian ja lämpimän käyttöveden lisäksi. Primäärienergialle on olemassa kertoimet, jotka määräytyvät sen mukaan, mitä luonnonvaraa on käytetty energian tuotannossa. Uusiutumattomia luonnonvaroja ovat esimerkiksi öljy ja kivihiili ja uusiutuvia tuuli- ja vesivoima. [12.] Energiatodistuslaskelmassa passiivitalon ET-luku on kokonaisprimäärienergian perusteella kwh/m 2 vuodessa eli rakennus saa luokituksen A++. [12.]

17 Toteutusperiaatteet Virallinen Passiivitalo-nimike vaati sertifioinnin. Se on otettava mukaan heti kohteen suunnitteluvaiheessa, mikä toimii samalla myös tehokkaana laadunvarmistajana. Passiivitalojen sertifiointiin valtuutettuja yrityksiä on Euroopassa jo 13 kappaletta ja Suomessa sertifikaatteja myöntää Passiivitalo.fi Oy. [14.] [16.] Nimikkeen saaminen edellyttää täsmällistä suunnittelua ja tarvittavat laskelmat, joilla osoitetaan rakennuksen energiatehokkuus. Tärkeimmät kohteet, joihin tulee kiinnittää suunnittelussa huomiota, ovat kylmäsillat, rakennuksen ilmatiiviys sekä talotekniikan valinta ja sen sijoittaminen rakennuksessa. Lisäksi talon sijainti tontilla on myös tärkeää, koska passiivitaloa lämmitetään suurelta osin auringosta saatavalla lämpösäteilyllä. [14.] [16.] Kohteesta tulee tehdä käytännössä yhtenäinen rakennus, jossa kylmäsiltojen vaikutus lämmöneristävyyteen on otettu huomioon laskelmissa. Tähän päästään yksinkertaistamalla rakennuksen muotoa. Suorat seinät ovat helpompia saada tiiviiksi ja eristää kuin monta nurkkaa käsittävä rakennus. Rakenteita yksinkertaistamalla saadaan myös kustannussäästöjä. Rakenneosien liittymäkohdista tulee olla tarkat detaljikuvat ja työselosteet, jotta tiedetään kuinka vaadittu lämmöneristys ja ilmatiiviys saavutetaan. Rakennuksen tilavuus on myös huomioitava pinta-alan suhteen, koska hukkatilavuus lisää lämmityksen tarvetta. [15.] Suurin sallittu ilmanvuotoluku n 50 vaipalle on 0,6 1/h, eli rakennuksen ilma vaihtuu rakennuksen vaipan läpi enintään 0,6 kertaa tunnissa, paine-eron ollessa sisä- ja ulkopuolen suhteen 50 Pascalia. Tämä tulee todistaa sertifioinnin yhteydessä painekokeella. [14.] Painekoe suoritetaan ensiksi tiivistämällä rakennuksen ikkunat, ovet sekä ilmanvaihtoventtiilit, jotta ilma ei pääse virtaamaan niiden kautta. Tämän jälkeen rakennukseen kohdistetaan 50 Pascalin yli- ja alipaine oveen asennetulla puhaltimella. Mittaustulos ilmoittaa, kuinka nopeasti sisäilma vaihtuu rakennuksessa. Painekoe on määritelty standardissa SFS-EN [14.] Passiivitalon lämmitysenergian tarve on määritelty minimaaliseksi, joka hyödyntää suurelta osalta talossa jo olevia energianlähteitä. Kodin sähkölaitteista ja valaistuksesta sekä siellä asuvista ihmisistä vapautuu lämpöenergiaa, joka pystytään hyödyntämään hyvin vaipan tiiveyden ansiosta. Auringosta saatava lämpösäteily varastoituu rakennuksen alapohjaan ja rakenteisiin. Liiallinen auringon säteily on kuitenkin otettava huomioon ikkunoiden aurinkosuojauksessa, jotta ylilämpö ei heikennä asumismukavuutta kesäaikaan. [15.]

18 13 Passiivitalossa P-25, joka käyttää vuodessa lämmitykseen ja jäähdytykseen 25 kwh/m 2, on ilmaisenergioista saatava hyöty lähes saman verran eli 25 kwh/m 2 vuoden aikana. On siis tärkeää, että talon sijaintiin ja suuntaukseen auringon suhteen kiinnitetään huomiota. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että ikkunapinta-alasta keskitetään suurin osa etelän puolelle. Tällä tavoin auringosta tulevaa lämpösäteilyä pystytään hyödyntämään tehokkaimmin ja sen merkitys korostuu kylminä vuodenaikoina. Auringon lämpöenergiasta saatava hyöty auttaa alentamaan lämmitystehon tarvetta merkittävästi. [16.] Pohjaratkaisussa tulee ottaa huomioon myös huoneiden sijoittelu, jossa oleskelutilat sijoitetaan lämpimälle puolelle eli etelään ja vähemmän lämpöä tarvitsevat huoneet ja säilytystilat viileämmälle puolelle eli pohjoiseen. [16.] Koska passiivitalo pystyy hyödyntämään tehokkaasti talossa jo olevia energianlähteitä, rakennukseen riittää pelkkä ilmanvaihtolämmitys, joka korvaa erillisen lämmitysjärjestelmän. Lämmitysjärjestelmä voidaan toki asentaa, mutta energian kulutus saattaa tämän vuoksi ylittää passiivitalolle määritellyn rajan, 25kWh/m 2 vuodessa. [16.] Ilmanvaihdon keräämä lämpö tulee kerätä hyvin talteen, jotta lämpöhäviöt ilmanvaihdon osalta eivät nousisi liian suuriksi. Tämä saavutetaan hyvän vuotuisen hyötysuhteen omaavalla lämmöntalteenottojärjestelmällä, joka on esitetty kuvassa 3. Passiivitalossa LTO:n hyötysuhteen vaatimustaso on vähintään 80 %. [16.] Kuva 3. Ilmanvaihtolämmityksen periaatepiirros. [16.]

19 14 Passiivitalon vähäisen energiankulutuksen ja ilmaisenergioiden hyödyntämisen edellytyksenä on, että rakennuksen vaipan lämmöneristys ja ilmatiiviys ovat määräyksien mukaiset. Taulukossa 7 näkyvät U-arvot passiivitalo P-25:n osalta. Taulukko 7. Passiivitalon ohjeelliset U-arvot. [12.] U-arvot eri rakennustyypeille, W/m²K RakMk C3 (2010) Normitalo Matalaenergiatalo M-50 Passiivitalo P-25 Seinä 0,17 0,12 0,08-0,10 Yläpohja ja ulkoilmaan rajoittuva alapohja 0,09 0,08 0,07 Ryömintätilaan rajoittuva alapohja (tuuletusaukkojen määrä enintään 8 promillea alapohjan pinta-alasta) 0,17 0,1 0,08 Maata vasten oleva rakennusosa 0,16 0,12 0,1 Ikkunat 1 0,8 0,7 ₅₀ Ovet 1 0,6 0,5 Vaipan ilmavuotoluku n, 1/h < 2,0 < 0,8 < 0,6 LTO:n vuosihyötysuhde % > 45 > 70 > 80 Ilmanvaihdon ominais-sähköteho, kw/m³/s < 2,5 < 2,0 < 1,5 Tiukkojen U-arvojen johdosta rakenneosien paksuuksissa on selvä ero verrattuna muihin rakennustyyppeihin, kuten normi- ja matalaenergiataloon M-50. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että pelkästään lämmöneristekerroksen paksuus ulkoseinässä passiivitalon osalta on vähintään saman verran kuin nykyisen normitalon seinärakenteen paksuus yhteensä. Normitalossa ulkoseinärakenteen paksuus on toteutuksesta riippuen mm. Lämmöneristeen tarve passiivitalossa on mm ulkoseinän osalta. Yläpohjassa vastaavat arvot ovat materiaalista riippuen mm ja alapohjassa mm. [12.] Tämä antaa kuvan siitä, millaiset vaatimukset passiivitalolla on, jotta päästäisiin haluttuun energiankulutukseen. Rakenteet ovat hyvin massiivisia, mitkä asettavat osaltaan haasteita myös niiden toimivuuden suhteen. Lämmöneristekerroksen kasvattaminen aiheuttaa rakenteiden viilenemistä mentäessä ulospäin ja voi näin ollen aiheuttaa kosteuden tiivistymistä niiden sisään. Lisäksi alapohjan massiivinen lämmöneristys aiheuttaa ongelmia, jos routasuojaukseen ei kiinnitetä tarpeeksi huomiota. Tarkastellessani eri talojen rakenneosia ja niiden vaadittuja eristevahvuuksia U-arvojen osalta kiinnitän huomiota näihin yllä mainittuihin haasteisiin, joita matalaenergiarakentaminen osaltaan asettaa.

20 15 3 RAKENTEET JA NIIDEN LÄMMÖNERISTYS 3.1 Yleistä lämmönjohtavuudesta Rakennusten lämmöneristekerroksen vahvuudella on suora vaikutus energiankulutukseen. Eristeen lämmönjohtavuudella on yhtä suuri merkitys, koska sen arvo määrittää, kuinka paljon eristettä rakenneosiin tulee asentaa, jotta lämmöneristysmääräysten mukaiset U-arvot täyttyvät. Eri lämmöneristeitä valmistavien yritysten tuotteet saattavat erota lämmönjohtavuusarvoiltaan merkittävästi. Syynä tähän on lämmönjohtavuusarvon, lambdan (λ), eri esitystavat. Alla olevassa luettelossa näkyvät lämmönjohtavuusarvojen esitystavat: o ilmoitettu lämmönjohtavuus λ declared o lämmönjohtavuuden suunnitteluarvo λ design o normaalinen lämmönjohtavuus λ n Lämmönjohtavuuden arvot λ ja λ declared design ovat 5-30 % alhaisemmat kuin normaalisella lämmönjohtavuudella. Tämä johtuu siitä, että kyseiset esitystavat eivät huomioi rakenteissa tapahtuvaa ilman virtausta, rakenteiden aiheuttamia epäjatkuvuuskohtia ja eristeen suojausta. Nämä tekijät on otettava laskelmissa erikseen huomioon korjauskertoimien avulla, jotka standardit EN ISO ja SFS-EN ISO 6946 määrittävät. Arvojen eroavaisuuksien vuoksi ne eivät ole täysin verrattavissa keskenään normaaliseen lämmönjohtavuuteen. Normaalinen lämmönjohtavuus λ n ottaa huomioon rakenteissa tapahtuvan ilmanläpäisevyyden, epäideaalisuudet sekä suojaustavan rakennustyömaalla asennusvaiheessa. Tämä vaikuttaa laskelmissa korottavasti U-arvoihin, mikä osaltaan lisää lämmöneristeen tarvetta rakennuksessa. Eri rakennusmateriaalien normaaliset lämmönjohtavuusarvot esitetään Suomen rakennusmääräyskokoelman osassa C4. Sieltä löytyvät arvot niille materiaaleille, joille ei ole ilmoitettu tyyppihyväksyttyä arvoa lämmönjohtavuuden osalta. Jos valmistaja ilmoittaa tuotteelle tyyppihyväksytyn arvon, voidaan sitä käyttää laskelmissa suoraan, koska tyyppihyväksyntä kattaa samat asiat kuin normaalinen lämmönjohtavuuskin. Tällöin U-arvon määrityksessä ja laskemisessa noudatetaan lämmöneristysmääräysten C4 mukaisia ohjeita.

21 Alapohja Maanvarainen alapohja Kuvassa 4 esitetty rakennuksen alapohjan eristys jaetaan rakennusmääräyskokoelma C4:n mukaan reuna- ja sisäalueeseen. Tämä johtuu siitä, koska maan lämmönvastusarvot eroavat toisistaan rakennuksen vierustoilla ja keskellä. [4.] Kuva 4. Alapohjan reuna- ja sisäalue. [4.] Reuna-alueen lämmöneristyksessä on otettava huomioon perusmuurin kylmällä puolella olevan maan lämmönvastus. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että 1,0 metrin suuruiselle reunaalueelle tulee laittaa enemmän lämmöneristettä, koska alapuolella olevan täyttökerros on lähemmin kosketuksessa ympäröivään kylmään ilmaan. Eristeen lisäyksen ansiosta lämmön johtuminen alapohjan kautta saadaan vähäisemmäksi. [4.] Rakennuksen sisäalueen täyttökerros on luonnollisesti lämpimämpi, joten sinne riittää vähäisempi määrä lämmöneristettä. Sisä-alue voidaan toki eristää kauttaaltaan samalla vahvuudella kuin reunaltakin, jolloin päästään parempaan U-arvoon alapohjan osalta. Mahdolliset painumat betonilaatassa tasoittuvat eristepaksuuden ollessa sama. Se nostaa tosin rakennuskustannuksia jonkin verran, riippuen pohjan pinta-alasta. Eristeen määrä alapohjassa voi poiketa U-arvon osalta 30 % alaspäin, mutta tämä tulee kattaa lisäämällä eristettä rungossa ja yläpohjassa tai parantamalla vaipan ilmatiiviyttä.

22 17 Eristekerroksen paksuus määräytyy nykyisten lämmöneristysmääräysten C3 ja C4 mukaan. Taulukossa 8 esitetyt U-arvovaatimukset määräytyvät talotyypin mukaan. Reuna-alue on otettava huomioon eristevahvuuden lisäyksenä joka näkyy kuvassa 5. [12.] Taulukko 8. Maanvaraisen alapohjan U-arvot. [12.] Vaadittu U-arvo W/m2K Maanvarainen alapohja Eristeen kokonaispaksuus Normitalo , mm Matalaenergiatalo M-50 0, mm Passiivitalo P-25 0,1 350 mm Kuvassa 5 on esitetty leikkauskuva maanvaraisen alapohjan toteutusperiaatteesta. Eristekerroksen päälle tulee asentaa suodatinkangas, joka estää eristeiden liikkumisen lattiavalun aikana. Betonilaattaan ei näin ollen tule haitallisia kylmäsiltoja eristeiden rakoilun vuoksi. Samalla lattiarakenteesta tulee yhtenäinen ja se pääsee elämään koko rakenteena. Kuva 5. Maanvarainen alapohja. [17.] Lämmöneristeenä kyseisessä ratkaisussa on käytetty EPS-120-eristettä, jonka normaalinen lämmönjohtavuus λ n on 0,041 W/mK. Käytettäessä XPS-eristettä paksuudet olisivat vastaavasti noin 50 mm pienemmät, koska kyseisen eristeen lämmönjohtavuus on alhaisempi, 0,037 W/mK. Eristeen tiheys on lähes puolet suurempi, joten se kestää puristuslujuudeltaan kuormitusta EPS-eristettä paremmin. Tällaisten eristeiden käyttö on perusteltua etenkin passiivitaloissa, joissa betonilaatan aiheuttama painuma voi kasvaa hyvinkin suureksi johtuen paksuista eristekerroksista.

23 Tuulettuva alapohja Rakennettaessa tuulettuva alapohja on tärkeää kiinnittää huomiota ryömintätilan korkeuteen ja tilan riittävään tuuletukseen. Lisäksi ryömintätilasta on poistettava kaikki orgaaninen maaaines ja vaihdettava se määräyksien mukaisiin maalajeihin. [17.] Ryömintätilan korkeus tuulettuvassa alapohjassa tulee olla vähintään 800 mm, jotta tilojen tuuletus tapahtuisi riittävän tehokkaasti. Lisäksi ryömintätila tulee olla ympäröivää maanpintaa korkeammalla, jotta mahdolliset valuma- ja sulamisvedet eivät pääse talon alle. [17.] Tuuletusluukkujen koko tulee olla vähintään 4 ja enintään 8 alapohjan pinta-alasta. Jos tuuletusluukkujen koko on tätä isompi, saa alapohjan U-arvo olla enintään 0,09 W/m 2 K ja matalaenergia- sekä passiivitalossa 0,08 W/m 2 K. Luukkujen korkeus tulee olla vähintään 150 mm ympäröivää maanpintaa ylempänä. [17.] Ryömintätilaan ei saa jättää rakennusvaiheessa mitään orgaanista ainesta eikä rakennusjätteitä, koska ne luovat otollisen kasvualustan homeelle yhdessä kosteuden kanssa. Taulukko 9. Tuuletetun alapohjan U-arvot [12.] Vaadittu U-arvo W/m2K Tuuletettu alapohja Eristeen kokonaispaksuus Normitalo , mm Matalaenergiatalo M-50 0,1 350 mm Passiivitalo P-25 0, mm Kuva 6. Tuuletettu alapohja, rakenneratkaisu 1. [12.]

24 19 Puurunkoisessa alapohjassa eristevahvuutta kasvatetaan tarpeen mukaan kantavien palkkien ja ristikoolauksen avulla. Normitalo 2010:n mukaisilla eristevahvuuksilla tämä ratkaisu onnistuu normaalilla sahatavaralla. Matalaenergia- ja passiivitalojen kohdalla eristevahvuus kasvaa mm:iin saakka, joten käytännössä kantava rakenne tulee tehdä kertopuusta tai vastaavasta. [18.] Eräs toteutusperiaate on esitetty kuvassa 7. Kuva 7. Tuuletettu alapohja, rakenneratkaisu 2. [26.] Mineraalivillalla eristettäessä paksut kerrokset voivat aiheuttaa kokoonpuristumista, mikä vähentää eristekerroksen toiminnallista tehokkuutta. Vastaavasti EPS- tai XPS-eristeen osalta tätä ongelmaa ei ole, mutta puun eläminen aikojen saatossa voi aiheuttaa rakoilua eristekerroksessa ja aiheuttaa samalla tavalla eristeen toiminnan heikkenemisen. [18.] Lisäksi tuulettuvassa alapohjassa tulisi käyttää kosteutta hyvin kestäviä ja tiiviitä materiaaleja, joihin päästään paremmin käyttämällä kantavana rakenteena betonisia ontelolaattoja. [19.] Ontelolaatat valitaan kohteeseen kuormituksen ja halutun jännevälin mukaan. Tyypillisimmät paksuudet vaihtelevat välillä mm. Saumavalun kuivumisen jälkeen lämmöneristekerros voidaan asentaa suoraan laattojen päälle, raudoittaa ja suorittaa pintavalu. Eristemateriaalin tulee kestää pintavalulta aiheutuvat kuormitukset painumatta, joten on järkevää käyttää EPS- tai XPS-eristeitä. Osa lämmöneristekerroksesta voidaan myös asentaa ontelolaatan alapuolelle mekaanisilla kiinnikkeillä. Ontelolaatasta tehty tuuletettu alapohjarakenne on esitetty kuvassa 8. [19.]

25 20 Tuulettuvien alapohjarakenteiden etu on siinä että maaperästä mahdollisesti nouseva radonkaasu ei pääse alapohjarakenteita pitkin sisäilmaan vaan haihtuu ulos ryömintätilasta. Kyseinen alapohjarakenne on maanvaraiseen lattiarakenteeseen verrattuna huomattavasti korkeammalla. Lattian pinta voi olla jopa yli metrin ympäröivää maanpintaa ylempänä. [18.] Kuva 8. Tuuletettu alapohja, ontelolaatta. [12.] Rakennuksessa alapohjan toiminta ja kuivana pysyminen perustuu ylhäältä alaspäin johtuvaan lämpövirtaan, joka pitää eristekerroksen alla olevan täyttömaan riittävän lämpimänä. Tämä estää osaltaan roudan tunkeutumisen perustuksien alle, kun lämpötila ei laske liian alhaiseksi. [18.] Kun maanvaraisen alapohjan lämmönjohtavuus on pienempi, kuin 0,10 W/m 2 K, tulee rakennuksen routasuojaus suunnitella kylmien tilojen mukaan. Tuulettuvan alapohjan vastaava arvo on 0,16 W/m 2 K. Tämä johtuu siitä, että paksumpi eristekerros ei luovuta riittävästi lämpöä alapohjan läpi ja näin ollen routasuojausta tulee lisätä kattamaan lämpötilan muutos. Routasuojaukseen tulee kiinnittää huomiota etenkin matalaenergia- ja passiivitaloissa, joissa alapohjan lämmöneristeen vahvuus on mm. [18.] Tuulettuvassa alapohjassa vastaava lämpötilan aleneminen voi aiheuttaa routavaurioiden lisäksi kosteuden tiivistymistä rakenteisiin. Perusmuurin sisäpinnan ja ryömintätilan lämmöneristys auttaa vähentämään tätä ongelmaa, koska ulkoa tuleva ilma lämpenee saapuessaan ryömintätilaan. [20.]

26 Ulkoseinä Kantava puurankaseinä Lämmöneristeen kokonaisvahvuus ulkoseinässä lämmöneristysmääräysten C4 mukaan näkyy alla olevassa taulukossa 10. Lämmöneristeen kokonaispaksuus on laskettu tyyppihyväksytyllä lämmönjohtavuuden arvolla 0,041 W/mK. Arvoista voidaan poiketa 30 %, mutta lämpöhäviöt tulee kattaa joko vaipan tiiveyttä tai LTO:n vuosihyötysuhdetta parantamalla. Taulukko 10. Ulkoseinän U-arvot. [12.] Ulkoseinä Vaadittu U-arvo W/m²K Eristeen kokonaispaksuus Rungon kokonaispaksuus Normitalo , mm 350 mm Matalaenergiatalo M-50 0, mm 420 mm Passiivitalo P-25 0,1 440 mm 500 mm Perinteinen rakennuksen kantava puurunko on nykyään tehty 150 mm paksuisesta sahatavarasta ja rungon lämmöneristekerroksen vahvuutta kasvatetaan ristikoolauksella. Eristekerroksen tuulensuojaus hoidetaan joko pinnoitetulla kovalla villalla tai tuulensuojalevyllä. Eristekerroksen kasvaessa ei ole enää luontevaa kasvattaa rakennuksen runkoa pelkästään ulospäin. Parempi hyöty saadaan, kun rakennuksen lämpimälle puolelle asennetaan mm lämmöneristettä. Samalla rakennuksen ilmatiiviys paranee, kun höyrynsulku asennetaan sisäpuolisen lämmöneristekerroksen taakse. Muovikalvo pysyy näin ollen yhtenäisenä, koska esimerkiksi talon sähköjohdotukset voidaan asentaa kulkemaan eristetilassa ja rasioille ei tarvitse tehdä ilmavuotoja lisääviä reikiä. Asennettaessa höyrynsulku rakennuksen sisäpuolisen eristeen alle on enimmäismäärä nykyisen normitalo 2010:n eristevahvuuksilla noin 50 mm, koska sisäpuolisen eristeen suhde kokonaispaksuuteen ei saa ylittää 25 %:a. Matalaenergia- ja passiivitalossa vastaava lukema on 75 mm. Edellä mainittu lukema sisältää vielä hyvin varmuutta siihen, että kosteus ei pääse tiivistymään viilenneisiin seinärakenteisiin. [20.]

27 22 Taulukossa 10 on esitetty vaatimukset perinteiselle puurankaseinälle. Nykyisten lämmöneristemääräyksien C4 mukaisesti rakennettu normitalon ulkoseinärakenne on mahdollista toteuttaa vielä 150 mm kantavalla rungolla. Lämmöneristekerrosta kasvatetaan 50 mm sisäpuolelle, ja ulkopuolinen eristekerros toteutetaan 25 mm huokoisella puukuitulevyllä ja 70 mm paksulla tuulensuojalevyllä, joka toimii samalla lämmöneristeenä. Edellä mainituilla eristevahvuuksilla seinän U-arvoksi saadaan 0,16 W/m 2 K. Toteutusperiaate on esitetty kuvassa 9. Kuva 9. Ulkoseinärakenne, kantava puurunko. [12.] Matalaenergiatalon M-50 osalta toteutusperiaate on rakennetyypin osalta sama, vain kantava runko ja sisäpuolinen eriste kasvavat. Kantavana runkona käytetään tässä tapauksessa 200 mm sahatavaraa ja sisäpuolisen eristeen määrä on 70 mm. Näillä toimenpiteillä rakenteen U- arvoksi saadaan 0,12 W/m 2 K, mikä täyttää matalaenergiatalon vaatimuksen ulkoseinässä. Passiivitalo P-25:ssa kyseinen runkoratkaisu voidaan toteuttaa samalla tavalla, mutta kantavan rungon paksuutta tulisi kasvattaa lähes 100 mm. Kantavan rungon paksuudeksi tulee näin ollen lähes 300 mm, mikä onnistuu kyseisen ratkaisun osalta vain kerto- tai liimapuurakenteella. Jos kantavan rungon paksuus ylittää 200 mm, on syytä harkita I-palkkirunkoa, jossa päästään huomattavasti suurempiin runkovahvuuksiin. I-profiilinen runko ei aiheuta niin paljon epäideaalisuuksia rungon ja lämmöneristeen välillä kuin normaali puurunko ja näin ollen ilman virtaus eristekerroksessa vähenee. Hyöty saadaan näin ollen parempana lämmöneristyskykynä. Kyseinen runkoratkaisu voidaan toteuttaa normaalilla K 600-jaotuksella. [21.]

28 I-palkkirunko Kuvissa 10 ja 11 esitetyt I-palkkirakenteet tehdään kovasta puukuitulevystä ja lujuusluokitellusta höylätystä sahatavarasta, joka täyttää vaatimukset kantavien rakenteiden osalta eri kosteusolosuhteissa. Kuitulevyn paksuus on noin 6 mm, ja profiilin korkeus määräytyy lämmöneristystarpeen mukaan. Kuva 10. I-palkkirakenteen poikkileikkaus. [21.] Puukuitulevy on liimattu uritettuun paarrerakenteeseen 20 mm puoleltaan, joten esimerkiksi H350/70-palkissa lämmöneristyspaksuus on kuitulevyn kohdalla 310 mm. Uuman aiheuttaman porrastuksen vuoksi seinärakenteeseen on valittava paksuudeltaan sopivat lämmöneristelevyt, jotta asennus käy tehokkaasti ja materiaalihukka pysyy pienenä. Kuva 11. Lämmöneristyslevyt I-palkkirungossa.[26.]

29 24 I-palkkirakenteet voidaan myös eristää puukuitueristeellä, joka ruiskutetaan märkänä seinärakenteisiin yhdessä liima-aineen kanssa. Kuivuessaan puhallettu eriste tarttuu rakenteisiin ja muodostaa yhtenäisen lämmöneristekerroksen. [22.] Kuva 12. Ruiskutettu puukuitueriste ulkoseinässä. [22.] Kuvassa 12 esitetyn seinärakenteen kokonaisvahvuus on pintamateriaaleista riippuen noin 500 mm. U-arvo kyseiselle seinärakenteelle on 0,10 W/m 2 K, kun eristevahvuus on 425 mm. Puhallusvillan normaalinen lämmönjohtavuus λ n on 0,041 W/mK. U-arvon laskennassa on noudatettu rakennusmääräyskokoelma C4:n mukaisia ohjeita. I-palkkirunko sopii parhaiten matalaenergiatalo M-50:n ja passiivitalo P-25:n mukaisille runkovahvuuksille. Rakenne on suhteellisen hoikka verrattuna tavalliseen puurunkoon, joten sen jäykistämiseen tulee kiinnittää huomiota. Jäykistäminen voidaan toteuttaa kuvassa 11 esitetyllä tavalla, joka toteutetaan havuvanerin ja vaakakoolauksen avulla. Talon rungon kokonaisvahvuuteen voi vaikuttaa valitsemalla alhaisen lämmönjohtavuuden omaavan lämmöneristeen. Käytettäessä SPU-eristeitä U-arvovaatimukset saavutetaan ulkoseinän osalta jo huomattavasti vähäisemmillä eristepaksuuksilla. Kyseisiä eristeitä on käytetty jo pitkään kylmähuoneiden eristyksessä ja kotona olevissa kylmälaitteissa, kuten pakastimessa ja jääviileäkaapissa. Pinnoitettuna niitä käytetään myös saunan lämmöneristeenä, joka kestää hyvin kosteutta ja on vesihöyryä läpäisemätön materiaali.

30 SPU-eristetty puurankaseinä Käytettäessä SPU-eristeitä ulkoseinä voidaan eristää kokonaan tai osaksi kyseisellä lämmöneristeellä. Eristettäessä pelkästään SPU-eristelevyillä voidaan ne asentaa samalla tavalla kuin tavalliset pehmeät lämmöneristyslevyt. Levykoko käy K600-jaotukselle. Runkotolppien välit tulee tiivistää tarkoitukseen sopivalla saumavaahdolla ja levyjen saumat teipata. Taulukko 11. SPU-eristetty ulkoseinä. SPU-eristetty ulkoseinä λ design= 0,024 W/mK Vaadittu U-arvo W/m²K Eristeen kokonaispaksuus Rungon kokonaispaksuus Normitalo , mm 200 mm Matalaenergiatalo M-50 0, mm 270 mm Passiivitalo P-25 0,1 260 mm 350 mm Taulukosta 11 käy ilmi, että seinärakenteiden kokonaispaksuus pienenee selvästi käytettäessä SPU-levyjä. Esimerkiksi normitalossa 2010 vaadittava U-arvo saavutetaan jo 150 mm:n kantavalla rungolla. Ulkoseinärakenteen ohentuessa voidaan myös perusmuurin kokoa pienentää, koska rakenne ei aiheuta niin paljon kuormitusta perustuksille. [23.] Kuva 13. SPU-seinärakenteen leikkauskuva. [23.] Eristelevyjen sijoituksella voidaan vaikuttaa kantavan rungon paksuuteen d1 ja d2. Runkotolppien ja eristelevyn liitoskohta tulee eristää tiiviiksi siihen soveltuvalla polyuretaanivaahdolla. Kantava yläohjauspuu tulee kuitenkin huomioida mitoittaessa runkoa, koska se vie 50 mm eristevahvuudesta. Lämpimälle puolelle tarvittava ilmatila voidaan tehdä myös 50 x 50 mm sahatavarasta vaaka- tai pystykoolauksena, jolloin sähköjohdotukset voidaan vetää ilmatilan kautta. Koolauspuut tulee kiinnittää tarkoitukseen sopivilla ruuveilla.

31 26 Ulkoseinän lämmöneristys voidaan toteuttaa myös esimerkiksi sekarakenteena, joka on esitetty kuvassa 14. Kantavan rungon ulkopintaan asennetaan halutun U-arvon mukainen SPUeriste ja vastaavasti kantavan rungon sisään pehmyt mineraalivillalevy. Mineraalivillaa asennettaessa on muistettava, että ulkopuolella olevan tiiviin eristysmateriaalin takia pitää kantavan rungon sisäpuolelle jättää riittävä ilmarako. Kuvassa näkyvässä esimerkissä se on 50 mm, joka toimii samalla asennustilana. Kuva 14. Sekaeristetty puurunkoinen ulkoseinä. [23.] Kyseisen seinän U-arvo on 0,11 W/m 2 K. Laskennassa käytetyt lämmönjohtavuuden suunnitteluarvot (λ design ) ovat SPU-levyjen sekä mineraalivillan osalta 0,024 W/mK ja 0,036 W/mK. SPU-eristelevyt ovat ominaisuuksiltaan erittäin tiiviitä rakennusmateriaaleja. Levyjen koostumuksen ansiosta niiden vesihöyryn- ja ilmanläpäisevyys on niin pieni, että erillistä höyrynsulkua ei tarvita. Höyrynsulku voidaan kuitenkin asentaa lämpimälle puolelle esimerkiksi sekaeristettyyn ulkoseinään, mutta silloin SPU-eriste ei saa olla alumiinipintainen. Tällöin on käytettävä pinnoittamattomia eristelevyjä, jotta vältytään kosteuden tiivistymiseltä rajapintaan. Ilmatiiviyden kannalta olisi tosin parempi, että ulkoseinään laitetaan sisäpuolinen höyrynsulku. Tällä varmistutaan siitä, että mahdollisten vuotokohtien riski vaipassa pienenee entisestään. [23.]

32 Yläpohja Kattoristikkorakenne Yläpohjan eristevahvuus näkyy talotyypeittäin taulukossa 12. Kokonaisvahvuus lämmöneristeelle on laskettu mineraalivillalle, jonka normaalinen lämmönjohtavuus λ n on 0,041 W/mK. Taulukko 12. Yläpohjan U-arvot. [12.] Yläpohja Vaadittu U-arvo W/m²K Eristeen kokonaispaksuus Normitalo , mm Matalaenergiatalo M-50 0, mm Passiivitalo P-25 0, mm Kuvassa 15 on esitetty perinteinen kattoristikkorakenne K 900, joka on eristetty pehmeillä mineraalivillalevyillä. Eristekerrokset limitetään asianmukaisesti, jotta rakenteen kylmäsiltojen vaikutus lämpöhäviöihin olisi mahdollisimman pieni. Kyseisen rakenteen U-arvot ja niitä vastaavat eristevahvuudet näkyvät taulukossa 12. Tuulettuvan kattoristikkorakenteen lämmöneristävyyskyky pysyy käytännössä samana riippumatta siitä, mitä vesikatetta käytetään. Kuva 15. Mineraalivillalla eristetty yläpohja. [24.] Höyrynsulku asennetaan normaalisti alapaarteen pintaan asianmukaisella limityksellä ja saumat tiivistetään siihen soveltuvalla massalla. Alapuolelle tehtävän ristikoolauksen ansiosta

33 28 höyrynsulku säilyy yhtenäisenä samalla tavalla kuin ulkoseinässäkin, koska sähköjohdotukset ja kattorasiat voidaan asentaa eristetilaan. [12.] Pelkästään pehmeillä mineraalivillalevyillä eristetyn yläpohjan U-arvo on todellisuudessa suurempi, kuin mitä laskelmat osoittavat. Syynä tähän on huokoisen eristeen kokoonpuristuminen ja lämmöneristyskyvyn heikkeneminen aikojen kuluessa. Painumisriski on suurempi kuin esimerkiksi ulkoseinässä, koska painovoima vaikuttaa luonnollisesti suoraan alaspäin. Jos yläpohjan eristys halutaan toteuttaa pehmeällä villalevyllä, pitää alempien eristekerroksien kestää kuormitusta painumatta. Tästä johtuen lähimpänä alapaarretta olevien eristelevyjen tulee olla tiheydeltään suurempia eli ts. kovempaa materiaalia. [18.] Yläpohjan eristeenä käytetään hyvin usein myös joko puhallettavaa mineraalivilla- tai puukuitueristettä. Molemmilla saavutetaan normaaliin villalevyeristykseen verrattuna yhtenäisempi eristekerros koko yläpohjan alueella, koska eriste levittyy hyvin myös pieniin väleihin. Kuvassa 16 näkyvän puukuitueristeen etu verrattuna mineraalivillaan on siinä, että sen kosteudensietokyky on huomattavasti parempi. Se pystyy sitomaan kosteutta painoonsa nähden 12 % ilman, että lämmöneristyskyky olennaisesti heikkenee. Mineraalivillapohjaisilla tuotteilla vastaava arvo on 0,5 %. [25.] Painumavara on otettava huomioon myös käytettäessä puhallusvillaeristettä. Eriste tiivistyy ajan saatossa noin 5-10 % paksuudesta riippuen, joten sitä tulee lisätä vastaava määrä puhalluksen yhteydessä. Normaalinen lämmönjohtavuus puhallettaville eristeille on sama kuin mineraalivillallakin, joten eristevahvuuden määrityksessä voidaan käyttää taulukon 12 arvoja. Kuva 16. Puhallusvillalla eristetty yläpohja.[25.]